网络通信实验（1）STM32F4 以太网简介

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2021-12-16 03:37 677阅读 0赞

# STM32F4 以太网简介    #

STM32F407 芯片自带以太网模块，该模块包括带专用 DMA 控制器的 MAC 802.3（介质访  
问控制）控制器，支持介质独立接口 (MII) 和简化介质独立接口 (RMII)，并自带了一个用于  
外部 PHY 通信的 SMI 接口， 通过一组配置寄存器，用户可以为 MAC 控制器和 DMA 控制器选  
择所需模式和功能。

STM32F4 自带以太网模块特点包括：  
 支持外部 PHY 接口，实现 10M/100Mbit/s 的数据传输速率  
 通过符合 IEEE802.3 的 MII/RMII 接口与外部以太网 PHY 进行通信  
 支持全双工和半双工操作  
 可编程帧长度，支持高达 16KB 巨型帧  
 可编程帧间隔（40~96 位时间，以 8 为步长）  
 支持多种灵活的地址过滤模式  
 通过 SMI（MDIO）接口配置和管理 PHY 设备  
 支持以太网时间戳（参见 IEEE1588-2008），提供 64 位时间戳  
 提供接收和发送两组 FIFO。  
 支持 DMA  
  
STM32F4 以太网功能框图如图  
  
![1597408-20190416104510678-1506877244.png][]

从上图可以看出， STM32F4 是必须外接 PHY 芯片，才可以完成以太网通信的，外部 PHY  
芯片可以通过 MII/RMII 接口与 STM32F4 内部 MAC 连接，并且支持 SMI（MDIO&MDC）接  
口配置外部以太网 PHY 芯片

--------------------

SMI 接口，即站管理接口，该接口允许应用程序通过 2 条线：时钟(MDC)和数据线(MDIO)

访问任意 PHY 寄存器。该接口支持访问多达 32 个 PHY，应用程序可以从 32 个 PHY 中选择  
一个 PHY，然后从任意 PHY 包含的 32 个寄存器中选择一个寄存器，发送控制数据或接收状态  
信息。任意给定时间内只能对一个 PHY 中的一个寄存器进行寻址。

--------------------

MII 接口，即介质独立接口，用于 MAC 层与 PHY 层进行数据传输。 STM32F407 通过 MII  
与 PHY 层芯片的连接如图

![1597408-20190416104814277-1309096261.png][]

MII\_TX\_CLK：连续时钟信号。该信号提供进行 TX 数据传输时的参考时序。标称频率为：速率为 10 Mbit/s 时为 2.5 MHz；速率为 100 Mbit/s 时为 25 MHz

MII\_RX\_CLK：连续时钟信号。该信号提供进行 RX 数据传输时的参考时序。标称频率为：速率为 10 Mbit/s 时为 2.5 MHz；速率为 100 Mbit/s 时为 25 MHz   
MII\_TX\_EN：发送使能信号  
MII\_TXD\[3:0\]：数据发送信号。该信号是 4 个一组的数据信号  
MII\_CRS：载波侦听信号  
MII\_COL：冲突检测信号  
MII\_RXD\[3:0\]：数据接收信号。该信号是 4 个一组的数据信号  
MII\_RX\_DV：接收数据有效信号  
MII\_RX\_ER：接收错误信号。该信号必须保持一个或多个周期(MII\_RX\_CLK)，从而向 MAC子层指示在帧的某处检测到错误

--------------------

RMII 接口，即精简介质独立接口，该接口降低了在 10/100 Mbit/s 下微控制器以太网外设与  
外部 PHY 间的引脚数。根据 IEEE 802.3u 标准， MII 包括 16 个数据和控制信号的引脚。 RMII  
规范将引脚数减少为 7 个。  
RMII 接口是 MAC 和 PHY 之间的实例化对象。这有助于将 MAC 的 MII 转换为 RMII。  
RMII 具有以下特性：  
1，支持 10Mbit/s 和 100Mbit/s 的运行速率  
2，参考时钟必须是 50 MHz  
3，相同的参考时钟必须从外部提供给 MAC 和外部以太网 PHY  
4，它提供了独立的 2 位宽（双位）的发送和接收数据路径  
STM32F407 通过 RMII 接口与 PHY 层芯片的连接如图

![1597408-20190416105833655-112265958.png][]

从上图可以看出 RMII 相比 MII，引脚数量精简了不少。注意，图中的 REF\_CLK 信号，是  
RMII 和外部 PHY 共用的 50Mhz 参考时钟，必须由外部提供，比如有源晶振，或者 STM32F4  
的 MCO 输出。不过有些 PHY 芯片可以自己产生 50Mhz 参考时钟，同时提供给 STM32F4，这  
样也是可以的

--------------------

我们采用 RMII 接口和外部 PHY 芯片连接，实现网络通信功能 ,探索者 STM32F4 开发板使用的是 LAN8720A 作为 PHY 芯片

--------------------

LAN8720A 是低功耗的 10/100M 以太网 PHY 层芯片， I/O 引脚电压符合 IEEE802.3-2005 标  
准，支持通过 RMII 接口与以太网 MAC 层通信，内置 10-BASE-T/100BASE-TX 全双工传输模  
块，支持 10Mbps 和 100Mbps。  
LAN8720A 可以通过自协商的方式与目的主机最佳的连接方式(速度和双工模式)，支持 HP  
Auto-MDIX 自动翻转功能，无需更换网线即可将连接更改为直连或交叉连接。 LAN8720A 的主  
要特点如下：  
 高性能的 10/100M 以太网传输模块  
 支持 RMII 接口以减少引脚数  
 支持全双工和半双工模式  
 两个状态 LED 输出  
 可以使用 25M 晶振以降低成本  
 支持自协商模式  
 支持 HP Auto-MDIX 自动翻转功能  
 支持 SMI 串行管理接口  
 支持 MAC 接口  
LAN8720A 功能框图如图

![1597408-20190416110838669-510319247.png][]

LAN8720A 的引脚数是比较少的，因此，很多引脚具有多个功能。这里，我们介绍几个重  
要的设置。  
1， PHY 芯片地址设置  
LAN8720A 可以通过 PHYAD0 引脚来配置，该引脚与 RXER 引脚复用，芯片内部自带下  
拉电阻，当硬复位结束后， LAN8720A 会读取该引脚电平，作为器件的 SMI 地址，接下拉电阻  
时（浮空也可以，因为芯片内部自带了下拉电阻），设置 SMI 地址为 0，当外接上拉电阻后，  
可以设置为 1。本章我们采用的是该引脚浮空，即设置 LAN8720 地址为 0。

2， nINT/REFCLKO 引脚功能配置  
nINT/REFCLKO 引脚可以用作中断输出，或者参考时钟输出。通过 LED2（nINTSEL）引  
脚设置， LED2 引脚的值在芯片复位后，被 LAN8720A 读取，当该引脚接上拉电阻（或浮空，  
内置上拉电阻），那么正常工作后， nINT/REFCLKO 引脚将作为中断输出引脚（选中 REF\_CLK  
IN 模式）。当该引脚接下拉电阻时，正常工作后， nINT/REFCLKO 引脚将作为参考时钟输出（选  
中 REF\_CLK OUT 模式）。  
在 REF\_CLK IN 模式，外部必须提供 50Mhz 参考时钟给 LAN8720A 的 XTAL1（CLKIN）  
引脚。  
在 REF\_CLK OUT 模式， LAN8720A 可以外接 25Mhz 石英晶振，通过内部倍频到 50Mhz，  
然后通过 REFCLKO 引脚，输出 50Mhz 参考时钟给 MAC 控制器。这种方式，可以降低 BOM  
成本。这里我们设置 nINT/REFCLKO 引脚为参考时钟输出（REF\_CLK OUT 模式），用于给  
STM32F4 的 RMII 提供 50Mhz 参考时钟

3， 1.2V 内部稳压器配置  
LAN8720A 需要 1.2V 电压给 VDDCR 供电，不过芯片内部集成了 1.2V 稳压器，可以通过  
LED1(REGOFF)来配置是否使用内部稳压器，当不使用内部稳压器的时候，必须外部提供 1.2V  
电压给 VDDCR 引脚。这里我们使用内部稳压器，所以我们在 LED1 接下拉电阻（浮空也行，  
内置了下拉电阻），以控制开启内部 1.2V 稳压器。

--------------------

我们来看下 LAN8720A 同我们探索者 STM32F4 开发板的连接关系

![1597408-20190416112038529-231516732.png][]

![1597408-20190416112207638-1835810650.png][]

从上图可以看出， LAN8720A 总共通过 10 跟线同 STM32F4 连接，注意： MDIO 同串口 2的 TX 信号有共用，所以串口 2 和以太网功能不能同时使用，使用时需要注意这个问题

转载于:https://www.cnblogs.com/fw-qql/p/10715870.html

[1597408-20190416104510678-1506877244.png]: /images/20211214/dadc418e2abf4e4d9587ad37699b236d.png
[1597408-20190416104814277-1309096261.png]: /images/20211214/5d3afc851e574590a2c795d0550893f7.png
[1597408-20190416105833655-112265958.png]: /images/20211214/ae511dc8b47f46eeaf20b5ed6047eba5.png
[1597408-20190416110838669-510319247.png]: /images/20211214/3dd506c79cdd4f249c11d260d19a068c.png
[1597408-20190416112038529-231516732.png]: /images/20211214/9287a3677be3496b9bd637a750f492d3.png
[1597408-20190416112207638-1835810650.png]: /images/20211214/23bc8926984948158da4b6d00848cb06.png